Операциялық жүйелердің даму тарихы

Операциялық жүйе

Операциялық жүйе- бұл компьютерді іске қосатын және оның жұмысын басқаратын программалар жиынтығы.

 Операциялық жүйенің  түрлері. Әр түрлі типті ЭЕМ-ға негізделген бірнеше операциялық жүйелер түрі бар. Компьютер типі бірдей болғанымен де, олардың операциялық жүйелері әр түрлі болуы мүмкін. Мысалы, IBM фирмасының компьютерлерінде кеңінен таралған келесідей операциялық жүйелер қолданылады: MS DOS, Windows 1.0, Windows 2.1, Windows 3.0, Windows 3.1, Windows 3.11, Windows 95, Windows 986 Windows NT. Бір компьютерге әдетте екі операциялық жүйе орнатылады мысалы, MS DOS және Windows 95 немесе Windows 98. Компьютердің оперативтік жадының мүмкіндігіне қарай бір компьютерге кейде бұл операциялық жүйелердің үшеуі де орнатылады.

 Операциялық жүйе- пайдаланушы программасын және барлық құрылғылардың жұмысын басқаратын компьютердің программалық қамсыздандырудың негізгі бөлігі.

 Операциялық жүйе түрлерінің  тез дамуы, оған сәйкес компьютер типтерінің де түрленіп, күннен – күнге тез дамуына мүмкіндік береді.

 Операциялық жүйелер  тарихы

В ранних mainframe-компьютерах (1940-1950 гг.), первым из которых был компьютер ENIAC (1947 г., США), операционные системы  отсутствовали. Обращение к памяти в этих компьютерах осуществлялось по реальным (физическим) адресам, а  обращение к внешним устройствам (например, к устройству ввода с  перфокарт или накопителю на магнитной  ленте) осуществлялось специальными командами, также по физическим адресам. Подобные компьютеры были весьма громоздкими, каждый из них занимал большой зал, в  котором пользователи по очереди  работали на компьютере, используя  столь неудобный интерфейс, как  инженерный пульт. Каждый пользователь перед уходом "с машины" (как  тогда говорили) останавливал и "обнулял" ее нажатием кнопок на пульте и уступал  место следующему пользователю, который  вводил свою программу и данные с  перфокарт или перфоленты, набирал  ее начальный адрес тумблерами на пульте и запускал ее с помощью  специальной кнопки. При любом  сбое или ошибке в программе, в  ситуации приходилось разбираться, изучая комбинации лампочек на пульте, воспроизводящие в двоичном виде содержимое регистров.

Разумеется, подобный способ взаимодействия с компьютером был  очень неудобен. Требовалась хотя бы минимальная автоматизация. Для  этого в 1950-х – 1960-х гг. – были созданы диспетчеры (dispatchers)  - предшественники  ОС, системные программы, управлявшие  прохождением пакета задач, вводимых с  перфокарт. Например, такой диспетчер  (названный ДМ-222) использовался на ЭВМ М-222 в середине 1970-х гг., на котором студенты мат-меха, в том  числе и автор курса, пропускали свои студенческие задания. Выглядело  это следующим образом. Студент  писал свою программу (или исправления  к ней – так называемую "добивку") на специальных бланках и сдавал в перфорацию, затем получал перфокарты и отдавал колоду перфокарт с  программой оператору машинного  зала. Через несколько часов он мог рассчитывать получить результаты своей программы – колоду перфокарт  обратно и распечатку результатов. В машинном зале оператор вводил очередное  задание с перфокарт. Программа- диспетчер  копировала образ введенной  колоды перфокарт с заданием на ленту  ввода, на которой хранились все  образы заданий в хронологическом  порядке их ввода, независимо от требуемых  для них ресурсов – времени и объема памяти. Диспетчер  осуществлял запуск заданий по очереди, по принципу FIFO (First-In-First-Out)  – в порядке поступления. Выбирая из очереди некоторое задание, диспетчер  размещал его в памяти и запускал. По окончании задания (или при его прерывании вследствие ошибки) на печатающее устройство выдавалась распечатка результатов. Затем управление передавалось следующему заданию. Такой режим доступа к компьютеру был, конечно, гораздо удобнее, чем работа с пульта. Недостатки его в том, что, во-первых, программы пропускались по очереди (отсутствовала одновременная обработка нескольких заданий), во-вторых, ресурсы, требуемые для выполнения задания, никак не учитывались, и программа, требующая для выполнения всего 1 мин., должна была ожидать завершения большой задачи, требовавшей для выполнения, например, пяти часов, - только потому, что последняя была раньше введена в систему.

В 1960-х – 1970-х гг. были разработаны  классические операционные системы, которые  все более и более усложнялись. Все более сложными становились  их системы файлов и другие компоненты ОС. Наиболее известные из операционных систем этого периода: среди зарубежных - ATLAS, MULTICS, OS IBM/360, среди отечественных  – ОС ДИСПАК для ЭВМ БЭСМ-6. Для  классических операционных систем были характерны следующие основные возможности:

мультипрограммирование (multi-programming) – одновременная обработка нескольких заданий;

пакетная обработка (batch mode) – обработка пакета заданий, введенных  с перфокарт или с терминалов, с учетом их приоритетов и требуемых  ресурсов

разделение времени (time sharing) – параллельная работа нескольких пользователей с терминалов (телетайпов или дисплеев), управлявших прохождением своих заданий, выполнявших их ввод в текстовых редакторах, компиляцию, выполнение и отладку;

управление процессами –  параллельное (или попеременное, если компьютер был однопроцессорным) выполнение пользовательских процессов; возможность явного запуска параллельного  процесса.

Разработка каждой операционной системы для каждой новой модели компьютера требовала многих лет  напряженной высококвалифицированной  работы. При этом каждая ОС первоначально  разрабатывалась на низкоуровневом языке – языке ассемблера. Поэтому  еще в 1960-х гг. возникла идея разработки мобильных (переносимых) ОС  – операционных систем, которые могли бы использоваться на нескольких семействах компьютеров  путем переноса их кода (возможно, с  небольшими изменениями) с более  старых моделей на более новые. Заметим, что термин мобильный  используется здесь в ином понимании, отличном от того, к которому мы привыкли ныне ( мобильные телефоны и операционные системы для них).

Первая мобильная ОС  была разработана в 1970 г. Брайаном Керниганом (B. Kernighan) и Деннисом Ритчи (D. Ritchie) в  фирме AT & T и получила название UNIX. Даже в самом ее названии заложено своего рода противопоставление MULTICS (multi - много, uni – один) – последняя  известна своей усложненностью. Этим названием авторы подчеркивали основную идею UNIX – унификацию  и упрощение  представления файлов и операций над ними (в UNIX файл – это последовательность байтов), пользовательских программ и  процессов. Унифицированным, не зависимым  от целевой аппаратной платформы, был  также исходный код UNIX, который был  полностью написан на специально разработанном новом языке Си (основными авторами Си, как и UNIX, являются Б. Керниган и Д. Ритчи). Использование  языка высокого уровня для разработки UNIX было революционным шагом в  истории ОС и позволило, во-первых, значительно ускорить и облегчить разработку, во-вторых – перенести UNIX на многие модели компьютеров (для которых при этом, разумеется, необходимо было разработать компилятор с языка Си). Впервые система UNIX была использована в 1970 г. на миникомпьютере PDP-10. Компьютеры фирмы PDP образца начала 1970-х гг. принято относить к классу миникомпьютеров. Хотя данное название с современной точки зрения не вполне правомерно: такой компьютер занимал ... два небольших шкафа, по сравнению с mainframe-компьютером образца 1960-х гг., занимавшим целый зал. Объем оперативной памяти миникомпьютеров составлял всего порядка 32 килобайт (!). Однако на них успешно работала ОС UNIX (были и другие ОС – например, RSX-11), был компилятор с языка Паскаль, была реализована удобная система файлов и программа для работы с ними, были доступны математические библиотеки программ.

В начале 1980-х годов появились  персональные компьютеры. Операционные системы для них фактически повторили  в своем развитии операционные системы  для компьютеров общего назначения: в них были использованы аналогичные  идеи и методы. Однако первые персональные компьютеры были менее мощными, чем mainframes, как по объему памяти, так  и по быстродействию и разрядности  микропроцессора. Первый распространенный микропроцессор фирмы Intel был 8-разрядным, и для него была разработана также 8-разрядная операционная система CP/M. В 1975 г. была создана фирма Microsoft, и  ее первой разработкой была 16-разрядная  операционная система MS DOS для персональных компьютеров с процессорами Intel 8086 (или, коротко, x86). В командном языке MS-DOS чувствуется явное влияние UNIX, однако MS-DOS предоставляет гораздо  меньшие возможности командного языка.

В начале 1980-х гг. фирма Apple выпустила персональные компьютеры Lisa и Macintosh с операционной системой MacOS. Ее характерной чертой была реализация удобного графического пользовательского  интерфейса (GUI)  в виде окон, меню, "иконок" и многих других элементов GUI, к которым мы с Вами ныне так  привыкли. MacOS стала первой ОС с развитой поддержкой GUI (для сравнения, MS-DOS предоставляла  возможности работы непосредственно на командном языке).

В конце 1980-х - начале 1990-х  гг., под влиянием MacOS, Microsoft разработала  графическую оболочку Windows над операционной системой MS-DOS. Первая версия Windows, таким  образом,еще не была операционной системой; она запускалась командой win  из командного языка MS-DOS. Однако многие современные  черты GUI, характерного для Windows, ставшие "родными" для пользователей Windows, в ней уже присутствовали. Затем  были выпущены Windows 3.x и Windows for Workgroups (уже  операционные системы), в 1995 г. – Windows 95 (с развитыми мультимедийными  возможностями, большим набором  встроенных драйверов для различных  устройств и поддержкой механизма Plug-and-Play подключения нового устройства без остановки компьютера) и Windows NT с развитыми сетевыми возможностями  и повышенной надежностью. Именно Windows NT стала основой для последующего развития Windows. В настоящее время  наиболее популярными моделями Windows являются Windows XP (поддержка которой  фирмой Microsoft уже завершается –  система выпущена в 2001 г.), Windows 2003 Server, Windows Vista, Windows 2008 Server и Windows 7.

В начале 1990-х гг. появилась  первая версия ОС Linux (ОС типа UNIX с открытыми  исходными кодами ядра), которая  постепенно приобрела значительную популярность, но, главным образом, используется на серверах. Большинство  клиентов (пользователей) в мире предпочитают на своих компьютерах Windows или MacOS (заметим, что, например, в США и Канаде компьютеры Macintosh более популярны, чем Windows-машины с процессорами Intel или их аналогами).

Не будем также забывать, что в ответ на такой, на первый взгляд, простой вопрос: "Какая  ОС самая популярная в мире?" даже сотрудники Microsoft не отвечают "Windows". Дело в том, что наиболее популярными  в мире компьютерными устройствами являются не настольные или портативные  компьютеры, а более дешевые и  компактные мобильные телефоны, для  которых пока первенство удерживает специализированная ОС семейства Symbian, которая, в частности, используется в большинстве мобильных телефонов  крупнейшей фирмы Nokia. Операционную систему Symbian активно догоняет на рынке ОС для мобильных устройств новая  ОС Google Android. Так что, операционные системы  семейства Windows по своей распространенности оказываются лишь на втором месте.

История операционных систем

Итак, все началось в далеком 1965-м... Четыре года компания American Telegraph & Telephone Bell Labs  совместно с фирмой General Electric и группой исследователей из Масачусетского технологического института  творила проект  Os Multics (также именуемый MAC - не путать с МасOs). Целью проекта  было создание многопользовательской  интерактивной операционной системы, обеспечивающей большое число пользователей  удобными и мощными средствами доступа  к вычислительным ресурсам. Эта ОСь  основывалась на принципах многоуровневой защиты. Виртуальная память имела  сегментно-страничную организацию, где  с каждым сегментом связывался уровень  доступа. Для того чтобы какая-либо программа могла вызвать программу  или обратиться к данным, располагающимся  в некотором сегменте, требовалось, чтобы уровень выполнения этой программы  был не ниже уровня доступа соответствующего сегмента. Также впервые в Multics была реализована полностью централизованная файловая система. То есть, даже если файлы  находятся на разных физических устройствах, логически они как бы присутствуют на одном диске. В директории же указан не сам файл, а лишь линк на его  физическое местонахождение. Если вдруг  файла там не оказывается, умная  система просит вставить соответствующий  девайс. Помимо этого, в Multics наличествовал  большой объем виртуальной памяти, что позволяло делать имэйджи  файлов из внешней памяти в виртуальную.Увы, но все попытки наладить в системе  относи­тельно дружественный интерфейс  провалились. Было вложено много  денег, а результат был несколько  иной, нежели хотелось ребятам из Bell Labs. Проект был закрыт. Кстати, участниками  проекта значились Кен Томпсон  и Денис Ритчи.

UNIСS (aka UNIX) и семейство

Считается, что в появлении  Юникса в частности виновата... компьютерная игра . Дело в том, что Кен Томпсон  непонятно чего ради создал игрушку  «Space Travel». Он написал ее в 1969 году на компьютере Honeywell 635, который использовался  для раз­работки Multics. Но фишка в  том, что ни вышеупомянутый Honeywell, ни имевшийся в лаборатории General Electric 645 не подходили для игрушки. И  Кену пришлось найти другую ЭВМку - 18-разрядный компьютер РDР-7. Кен  с ребятами разрабатывал новую файловую систему, дабы облегчить себе жизнь  и работу. Ну и решил опробовать свое изобретение на новенькой машине. Опробовал. Весь отдел патентов Bell Labs дружно радовался. Томпсону этого показалось мало и он начал ее усовершенствовать, включив такие функции как inodes, подсистему управления процессами и  памятью, обеспечивающую использование  системы двумя пользователями в  режиме TimeSharing'а(разделения времени) и  простой командный интерпретатор. Кен даже разработал несколько утилит под систему. Собственно, сотрудники Кена еще помнили, как они мучались над осью Multics, поэтому в честь  старых заслуг один из них - Брайан Керниган - решил назвать ее похожим именем - UNICS  . Через некоторое время название сократили до UNIX (читается так же, просто писать лишнюю букву Настоящим Программистам во все времена было лень).  ОС была написана на ассемблере.

Вот мы и подбираемся к  тому, что известно в мире как  «Первая редакция UNIX». В ноябре 1971 года был опубликован первый выпуск полноценной доки по Юниксу. В соответствии с этим и ОС была названа «Первой  редакцией UNIX». Вторая редакция вышла  довольно быстро - меньше, чем через  год. Третья редакция ничем особенным  не отличалась. Разве что заставила  Дениса Ритчи «засесть за словари  », вследствие чего тот написал собственный  язык, известный сейчас как С. И  именно на нём была написана 4-я редакция UNIX в 1973 году. В июле 1974 года вышла 5-я  версия UNIX.Шестая редакция UNIX (аkа UNIX V6), выпущенная в 1975 году, стала первым коммерчески распространяемым Юниксом. Большая ее часть была написана на С.

Позже была полностью переписана подсистема управления оперативной  и виртуальной памятью, заодно изменили интерфейс драйверов внешних  устройств. Все это позволило  сделать систему легко переносимой  на другие архитектуры и было названо  «Седьмая редакция» (aka UNIX version 7).. Параллельно  с улучшением Юникса шла разработка системы, известной нам как (Fгее)BSD. Когда в 1976 году в Университет  Берклиопала «шестерка», там возникли местные юникс-гуру. Одним из них  был Билл Джой.

Собрав своих друзей-программистов, Билли начал разработку собственной  системы на ядре UNIX .Запихнув помимо основных функций кучу своих (включая  компилятор Паскаля), он назвал всю  эту сборную солянку Distribution(BSD 1.0). Вторая версия BSD почти ни чем не отличалась от первой. Третья версия BSD основывалась на переносе UNIX version 7 на компьютеры семейства VAX, что дало систему 32/V, легшую в основу BSD 3.x. Ну, и самое главное - при этом был разработан стек протоколов ТСР/1Р; разработка финансировалась  МинБезопасности США.

UNIX: 1982 - 1990

Первая коммерческая система  называлась UNIX SYSTEM III и вышла она  в 1982 году. В этой опе-рационке сочетались лучшие качества UNIX Version7.

Далее Юниксы развивались  примерно так:

Во-первых, появились компании, занимавшиеся коммерческим переносом UNIX на другие платформы. К этому приложила  руку и небезызвестная Microsoft Corporation, совместно с Santa Cruz Operation произведшая  на свет UNIX-вариацию под названием XENIX.

Во-вторых, Bell Labs создала группу по развитию Юникса и объявила о  том, что все последующие коммерческие версии UNIX (начиная с System V) будут  совместимы с предыдущими.

К 1984-му году был выпущен  второй релиз UNIX System V, в котором появились: возможности блокировок файлов и  записей, копи­рования совместно используемых страниц оперативной памяти при  попытке записи (сору-on-write), страничного  замещения оперативной памяти  и т. д. К этому времени ОС UNIX была установлена на более чем 100 тыс. компьютеров.

В 1987-м году выпущен третий релиз UNIX System V. Было зарегистрировано четыре с половиной миллиона пользователей  этой эпической операционной системы...Кстати, что касается Linux’а, то он возник лишь в 1990 году, а первая официальная версия ОС вышла лишь в октябре 1991 . Как  и BSD, Линукс распространялся с исходниками, чтобы любой пользователь мог  настроить ее себе так, как ему хочется. Настраивалось практически ВСЕ, чего не может себе позволить, например, Windows 9x.